CN104646805B - 位置数据补偿系统及实时弧压闭环控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种位置数据补偿系统及实时弧压闭环控制系统，基于机器人等离子切割实时弧压闭环控制系统，它包括：机器人、机器人控制柜、等离子电源、弧压隔离变送模块和PLC，机器人连接机器人控制柜，机器人上设置有割枪；等离子电源正极连接工件，等离子电源负极连接割枪；弧压隔离变送模块正极分别连接等离子电源正极和工件；弧压隔离变送模块负极分别连接等离子电源负极和割枪；PLC内设置有应用于机器人等离子切割的位置数据补偿系统；PLC连接弧压隔离变送模块，PLC连接机器人控制柜。本发明有效的解决了工件外形不规则(如波浪形变型)、尺寸偏差以及切割过程中的热变形对自动切割生产、切割质量和切割精度的影响。

Description

位置数据补偿系统及实时弧压闭环控制系统

技术领域

本发明涉及基于机器人等离子切割的实时弧压闭环控制系统，具体涉及一种应用于机器人等离子切割的位置数据补偿系统及实时弧压闭环控制系统。

背景技术

制造业的自动化进程在不断加快，作为制造业的关键工序，切割下料环节的自动化程度显得至关重要，是铆焊、机加工自动化的先决条件。面对目前制造业小批量、多品种、精度要求日益提高的生产形式，柔性化的工业机器人搭载等离子切割系统无疑是非常理想的解决方案。

在等离子切割过程中，割枪与工件的距离通常应该保持在3-5毫米，才能获得理想的切割质量和精度。因此也会发生因为工件外形不规则、切割过程中受热变形、自身尺寸误差等原因导致撞枪、出现切割质量及切割精度无法保证等问题。传统等离子切割机，采用将割枪安装在一个电动拖板上来调节割枪与工件距离的方式来解决以上问题；而在机器人系统中，增加电动拖板会增加机器人的负重，导致成本升高，同时会增加机器人干涉区域，影响可达范围。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种应用于机器人等离子切割的位置数据补偿系统及实时弧压闭环控制系统。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种应用于机器人等离子切割的位置数据补偿系统，它包括：路径偏移量清零模块；

与路径偏移量清零模块连接的设定单周期调节量模块；

与设定单周期调节量模块连接的实时接收弧压模块；

与实时接收弧压模块连接的判断弧压设定范围模块；

判断割枪调节方向模块与切割模块；当弧压偏差超出弧压设定范围，所述判断割枪调节方向模块连接所述判断弧压设定范围模块；当弧压偏差符合弧压设定范围，所述切割模块连接判断弧压设定范围模块；

所述判断割枪调节方向模块连接正向调节模块和负向调节模块；所述正向调节模块连接所述切割模块；所述负向调节模块连接所述切割模块。

更进一步的技术方案是正向调节模块包括：按照每个扫描周期设定调节量进行正向调节模块；与所述按照每个扫描周期设定调节量进行正向调节模块连接的第一实时检测弧压模块；与第一实时检测弧压模块连接的第一判断弧压超设定范围模块；当弧压偏差超出弧压设定范围，所述第一判断弧压超设定范围模块连接判断割枪调节方向模块；当弧压偏差符合弧压设定范围，所述第一判断弧压超设定范围模块连接切割模块。

更进一步的技术方案是负向调节模块包括：按照每个扫描周期设定调节量进行负向调节模块；与所述按照每个扫描周期设定调节量进行负向调节模块连接的第二实时检测弧压模块；与第二实时检测弧压模块连接的第二判断弧压超设定范围模块；当弧压偏差超出弧压设定范围，所述第二判断弧压超设定范围模块连接判断割枪调节方向模块；当弧压偏差符合弧压设定范围，所述第二判断弧压超设定范围模块连接切割模块。

更进一步的技术方案是切割模块连接有判断切割终点模块。

更进一步的技术方案是提供一种基于机器人等离子切割实时弧压闭环控制系统，它包括：机器人、机器人控制柜、等离子电源、弧压隔离变送模块和PLC，所述机器人连接机器人控制柜，所述机器人上设置有割枪；所述等离子电源正极连接工件，所述等离子电源负极连接割枪；所述弧压隔离变送模块正极分别连接等离子电源正极和工件；所述弧压隔离变送模块负极分别连接等离子电源负极和割枪；所述PLC内设置有应用于机器人等离子切割的位置数据补偿系统；所述PLC连接弧压隔离变送模块，所述PLC连接机器人控制柜。

更进一步的技术方案是弧压隔离变送模块通过0-10V直流电压信号连接所述PLC输入端。

更进一步的技术方案是机器人控制柜的扫描周期与所述PLC的扫描周期相同。

更进一步的技术方案是弧压隔离变送模块负极通过负极电缆连接所述割枪。

更进一步的技术方案是弧压隔离变送模块正极通过正极电缆连接所述工件。

更进一步的技术方案是PLC通过信号电缆连接所述机器人控制柜。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将实时弧压与系统预置的基准弧压进行运算，得到割枪与工件距离的变化量，通过机器人后台中断处理，将调节量加载到机器人加工程序中，构成一个实时动态的闭环补偿系统，从而有效的保证在切割过程中割枪与工件之间的距离恒定，确保切割质量和切割精度，有效的解决了工件外形不规则(如波浪形变型)、尺寸偏差以及切割过程中的热变形对自动切割生产、切割质量和切割精度的影响。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

图2为本发明一个实施例的程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

如图1所示，本发明公开一种基于机器人等离子切割实时弧压闭环控制系统，它包括：机器人6、机器人控制柜5、等离子电源4、弧压隔离变送模块7和PLC8，机器人6连接机器人控制柜5，机器人6上设置有割枪2；等离子电源4正极通过正极电缆10连接工件1，等离子电源4负极通过负极电缆3连接割枪2；弧压隔离变送模块7正极通过正极电缆10分别连接等离子电源4正极和工件1；弧压隔离变送模块7负极通过负极电缆3分别连接等离子电源4负极和割枪2；作为优选的实施方案，PLC8内设置有应用于机器人等离子切割的位置数据补偿系统；PLC8连接弧压隔离变送模块7，PLC8通过信号电缆9连接机器人控制柜5。

弧压隔离变送模块将等离子切割电压进行高频隔离和降压处理，变换成0-10V直流电压信号，输出到PLC模拟量输入端。

PLC接收到来自模拟量端口的数据后，经过运算处理，计算出当前弧压与标准弧压之间的差值，并将差值转换为距离，从而确定当前割枪应该升高还是降低，采样与运算周期为0.2秒。

机器人中断程序为标准程序，在机器人后台连续运行，扫描周期设定为0.2秒与控制器扫描周期相同。机器人系统为单任务处理系统，采用中断程序来处理位置数据补偿，能保证在运行加工程序的同时，实时的处理来自PLC的位置信号。

等离子电源工作在恒流模式，割枪到工件的距离(既电弧长度)对切割电流的影响非常小，电弧长度的变化会使电弧电压(本文简称弧压)发生很大的变化，在一定范围内变化规律呈线性。通过反复的实验测试，总结出等离子切割过程中电弧长度和弧压的变化关系，通过运算处理，将实时弧压与系统预置的基准弧压进行运算，得到割枪与工件距离的变化量，通过机器人后台中断处理，将调节量加载到机器人加工程序中，构成一个实时动态的闭环补偿系统，从而有效的保证在切割过程中割枪与工件之间的距离恒定，确保切割质量和切割精度。

如图2所示，应用于机器人等离子切割的位置数据补偿系统，它包括：路径偏移量清零模块；与路径偏移量清零模块连接的设定单周期调节量模块；与设定单周期调节量模块连接的实时接收弧压模块；与实时接收弧压模块连接的判断弧压设定范围模块；判断割枪调节方向模块与切割模块；当弧压偏差超出弧压设定范围，判断割枪调节方向模块连接判断弧压设定范围模块；当弧压偏差符合弧压设定范围，切割模块连接判断弧压设定范围模块；判断割枪调节方向模块连接正向调节模块和负向调节模块；正向调节模块连接切割模块；负向调节模块连接切割模块。切割模块连接有判断切割终点模块。若判断是终点，则此周期结束，若不是切割终点，则判断切割终点模块连接判断弧压超设定范围模块。具体的，正向调节模块包括：按照每个扫描周期设定调节量进行正向调节模块；与按照每个扫描周期设定调节量进行正向调节模块连接的第一实时检测弧压模块；与第一实时检测弧压模块连接的第一判断弧压超设定范围模块；当弧压偏差超出弧压设定范围，第一判断弧压超设定范围模块连接判断割枪调节方向模块；当弧压偏差符合弧压设定范围，第一判断弧压超设定范围模块连接切割模块。负向调节模块包括：按照每个扫描周期设定调节量进行负向调节模块；与按照每个扫描周期设定调节量进行负向调节模块连接的第二实时检测弧压模块；与第二实时检测弧压模块连接的第二判断弧压超设定范围模块；当弧压偏差超出弧压设定范围，第二判断弧压超设定范围模块连接判断割枪调节方向模块；当弧压偏差符合弧压设定范围，第二判断弧压超设定范围模块连接切割模块。

首先，在系统中预置基准弧压，然后在满足切割工艺要求、确保切割质量和精度的前提下示教标准切割程序，在程序中启用后台中断程序，同时调用机器人位置数量补偿程序模块，然后即可进行自动切割加工。机器人位置数据补偿程序是通过机器人中断程序的方式建立的，程序运行后，首先进行初始化，并将之前的偏差补偿量清零，同时预置每个循环周期的调节量，等待等离子主弧建立，主弧建立后立即开始判断当前弧压与预置基准弧压的偏差，若符合偏差允许范围则继续进行切割；若弧压偏差超出允许范围，则程序自动判断应该朝哪个方向进行调节，之后按照程序预置的调节量进行调节，调节同时判断当前弧压与预置基准弧压的偏差，若弧压偏差超出允许范围，继续进行调节，若符合偏差允许范围则继续进行切割，直至切割终点，程序结束。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一个实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种应用于机器人等离子切割的位置数据补偿系统，其特征在于：它包括：

路径偏移量清零模块；

与路径偏移量清零模块连接的设定单周期调节量模块；

与设定单周期调节量模块连接的实时接收弧压模块；

与实时接收弧压模块连接的判断弧压设定范围模块；

判断割枪调节方向模块与切割模块；当弧压偏差超出弧压设定范围，所述判断割枪调节方向模块连接所述判断弧压设定范围模块；当弧压偏差符合弧压设定范围，所述切割模块连接判断弧压设定范围模块；

还包括：正向调节模块和负向调节模块；

所述判断割枪调节方向模块连接正向调节模块和负向调节模块；所述正向调节模块连接所述切割模块；所述负向调节模块连接所述切割模块。

2.根据权利要求1所述的应用于机器人等离子切割的位置数据补偿系统，其特征在于所述的正向调节模块包括：按照每个扫描周期设定调节量进行正向调节模块；与所述按照每个扫描周期设定调节量进行正向调节模块连接的第一实时检测弧压模块；与第一实时检测弧压模块连接的第一判断弧压超设定范围模块；当弧压偏差超出弧压设定范围，所述第一判断弧压超设定范围模块连接判断割枪调节方向模块；当弧压偏差符合弧压设定范围，所述第一判断弧压超设定范围模块连接切割模块。

3.根据权利要求1所述的应用于机器人等离子切割的位置数据补偿系统，其特征在于所述的负向调节模块包括：按照每个扫描周期设定调节量进行负向调节模块；与所述按照每个扫描周期设定调节量进行负向调节模块连接的第二实时检测弧压模块；与第二实时检测弧压模块连接的第二判断弧压超设定范围模块；当弧压偏差超出弧压设定范围，所述第二判断弧压超设定范围模块连接判断割枪调节方向模块；当弧压偏差符合弧压设定范围，所述第二判断弧压超设定范围模块连接切割模块。

4.根据权利要求1至3任一项权利要求所述的应用于机器人等离子切割的位置数据补偿系统，其特征在于所述的切割模块连接有判断切割终点模块。

5.一种设置有如权利要求1至4任一项权利要求所述的应用于机器人等离子切割的位置数据补偿系统的基于机器人等离子切割实时弧压闭环控制系统，其特征在于它包括：机器人、机器人控制柜、等离子电源、弧压隔离变送模块和PLC，所述机器人连接机器人控制柜，所述机器人上设置有割枪；所述等离子电源正极连接工件，所述等离子电源负极连接割枪；所述弧压隔离变送模块正极分别连接等离子电源正极和工件；所述弧压隔离变送模块负极分别连接等离子电源负极和割枪；所述PLC内设置有应用于机器人等离子切割的位置数据补偿系统；所述PLC连接弧压隔离变送模块，所述PLC连接机器人控制柜。

6.根据权利要求5所述的基于机器人等离子切割实时弧压闭环控制系统，其特征在于所述的弧压隔离变送模块通过0-10V直流电压信号连接所述PLC输入端。

7.根据权利要求5所述的基于机器人等离子切割实时弧压闭环控制系统，其特征在于所述的机器人控制柜的扫描周期与所述PLC的扫描周期相同。

8.根据权利要求5所述的基于机器人等离子切割实时弧压闭环控制系统，其特征在于所述的弧压隔离变送模块负极通过负极电缆连接所述割枪。

9.根据权利要求5所述的基于机器人等离子切割实时弧压闭环控制系统，其特征在于所述的弧压隔离变送模块正极通过正极电缆连接所述工件。

10.根据权利要求5所述的基于机器人等离子切割实时弧压闭环控制系统，其特征在于所述的PLC通过信号电缆连接所述机器人控制柜。